Rendement moteur électrique d'entraînement du compresseur

Les compresseurs pour PAC de forte puissance sont plus efficace que ceux de faible puissance en raison du rendement des moteurs asynchrones qui entraîne ces compresseurs augmente avec le niveau de puissance. (triphasé avec rendement de 95% au dessus de 20 kW pour un rendement limité à environ 50% pour les moteur monophasé inférieur au kW.

Pensez que l'électricité consommée pendant les heures creuses est moins chère

La qualité de la PAC

Avoir l'œil critique à l'achat.  L'acheteur potentiel d’une pompe à chaleur doit observer soigneusement l’intérieur de celle-ci tous capots ouverts. Lors de salons et foires, il est utile de suivre le parcours que fait le fluide caloporteur et de reconnaître les éléments principaux du circuit. Par comparaison entre plusieurs fabrications (avec photos éventuellement), le futur acquéreur saura faire la différence entre les machines bien équipées et celles dont le prix de revient a été trop tiré.

Il en est de même pour le soin apporté à la réalisation (qualité des soudures, large cintrage des tubes par exemple, type d’échangeurs

En fonctionnement établi, une pompe à chaleur bien réglée et avec un circuit de fluide caloporteur bien rempli

n'aura plus de bulles visibles au voyant de liquide : c'est la preuve que tout le fluide a pu se condenser et donc que la puissance délivrée peut être maximum. Les oscillations (pompage) du détendeur se visualisent souvent par des passages d'importants flots de bulles à intervalles réguliers (quelques minutes). Ce phénomène est visible grâce au voyant.

Après quelques années de fonctionnement, une panne de la pompe à chaleur peut être provoquée par une micro fuite du circuit interne du fluide caloporteur. Ces fuites surviennent le plus souvent par les valves qui servent à remplir, vider ou à effectuer les réglages de ce circuit interne. Ces valves, appelées schrader, fonctionnent selon le même principe que celles des pneus de voitures. Leur réalisation est cependant plus robuste afin de résister à de fortes pressions (30 bar)

L’étanchéité est assurée par un joint derrière l'obus (partie ventrale) et par un caoutchouc logé dans le bouchon de protection. Ces joints vieillissent d'autant plus vite qu'ils sont soumis à de fortes températures. Les valves montées à proximité de la sortie du compresseur sont exposées aux vapeurs surchauffées (70 °C ou plus) et assurent rarement une étanchéité satisfaisante de plus de 5 ans. Pour pallier au problème d'une telle conception, il est possible de remplacer le bouchon à visser à la main et son joint en caoutchouc par un écrou borgne 6 pans et un joint en cuivre (en cas de démontage, le joint en cuivre sera systématiquement remplacé). Une bonne conception consiste simplement à monter la valve au bout d'un long tube fin (par exemple 6 mm de diamètre et 30 cm de long) qui dissipe la chaleur au fur et à mesure que l'on s'éloigne de sa soudure sur le tube de refoulement du compresseur.

Il est souhaitable de vérifier, capots ouverts, comment sont placés ces piquages de pression avec leurs valves, ainsi que les bouchons utilisés (à visser à la main ou écrou 6 pans).

On peut aussi s’assurer de la présence des protections adéquates du compresseur, tant sur le circuit frigorifique que sur le circuit électrique : pressostats BP et HP (ce dernier réglable de préférence), temporisation anti court cycle (réglable de préférence), disjoncteurs, fusibles ou relais thermique réglable

Pour le confort acoustique, veillez à ce que le bâti de la rompe à chaleur soit bien insonorisé, si possible avec des matériaux lourds, de façon à réduire les vibrations basses fréquences. 

Les certificats

Bon nombre de pompes à chaleur sont certifiées par l'organisme Promotelec.

Elles répondent donc à un cahier des charges strict, ce qui assure le respect des règles de l'art essentielles de la part du fabricant.

L'organisme Eurovent effectue des mesures en laboratoire sur les pompes à chaleur.

Ainsi on peut vérifier la performance réelle du matériel.

L'entretien de la PAC

Une pompe à chaleur bien conçue ne nécessite pratiquement aucun entretien.

Une visite des installations récentes tous les 3 à 5 ans pour contrôler les circuits d'eau (intérieur et extérieur) suffit et les compétences d'un bricoleur expérimenté ou d'un plombier chauffagiste conviennent.

Les installations anciennes pourraient être contrôlées plus fréquemment, tous les 2 ans par exemple.

Les mesures pressions/températures sur le circuit frigorifique ne sont à vérifier qu'en cas de problème majeur : baisse significative de puissance, nombreuses bulles en permanence au voyant de liquide, arrêts de fonctionnement anormaux. Ces dernières opérations sont du ressort du personnel formé pas le fournisseur de la PAC (généralement des frigoristes)  bien que la visualisation de bulles au voyant soit à la portée de tout le monde.

Il convient d’insister à nouveau sur la présence indispensable du voyant de liquide, puisqu'il permet même aux néophytes de déceler une anomalie dans le circuit frigorifique d'une pompe à chaleur.

Des interventions préventives deviennent ainsi possibles. Le contrôle d'étanchéité du circuit frigorifique s'effectue avec un détecteur électronique capable de détecter une fuite inférieure à 5 grammes/an.

Un produit moussant en bombe aérosol peut compléter le détecteur électronique mais ne le remplace en aucun cas.

Certaines pompes à chaleur sont très bien instrumentées et  fournissent tous leurs paramètres de fonctionnement (températures, HP, BP, etc.) sur le réseau téléphonique via un modem. Cela permet aux installateurs d'effectuer des contrôles et des diagnostiques à distance.

Conseils

Pour une grosse PAC , il est indispensable de souscrire un contrat pour son entretien. Selon la réglementation actuelle, seul le matériel qui contient plus de 2 kg de réfrigérant (HFC) est soumis à une visite annuelle pour vérifier l'étanchéité du circuit.

Nous sommes dans ce cas puisque la capacité de notre circuit est de l’ordre de           kg.

En pratique, cette exigence n'est pas appliquée à notre connaissance actuellement chez les particuliers.

Consommation des éléments auxiliaires de la PAC

La consommation des éléments auxiliaires (circulateurs du circuit des radiateurs et de celui de l’ECS, pompe à eau immergée prévue sur l’exhaure affecte légèrement le rendement de l’ensemble.

Dans une démarche de chasse au gaspillage d'énergie, il est souhaitable de remplacer les circulateurs anciens dont le rendement est déplorable (moteur asynchrone monophasé avec rotor noyé) par des circulateurs modernes à haut rendement grâce à leur moteur à aimants permanents piloté électroniquement.

Une économie de 60 % est ainsi réalisable sur ce poste ! Le fabricant Grundfos, par exemple, propose actuellement ce type de circulateurs.

Il est aussi intéressant de comparez aussi le prix des abonnements EDF (monophasé ou triphasé) pour inclure ce paramètre dans le budget prévisionnel.

Les économies moyennes qu'il est possible de réaliser en fonction des différentes configurations et des types de pompes à chaleur, comparativement à un chauffage électrique par effet Joule (COP = 1) :

Le prix des abonnements électriques est calculé en surcoût rapport à un abonnement de base 6 kVA simple tarif. Le pris kWh est calculé pour une consommation régulière sur 24 heures sans privilégier les heures creuses (16 heures pleines, 8 heures creuses). Ces valeurs concernent le tarif régulé chez EDF.

Les rendements pris en compte sont ceux que l'on obtient avec des appareils de chauffage modernes et performants.

 Tuyauteries de l'exhaure (nota technique)

  Nombre de REYNOLDS          RE = (V Dr ) / n

Si    RE < 2000     D P = (64 L r V²) / ( 200 RE ·  D )

Si    RE > 4000     D P = (0,316 ·  10^-5 L r^0,75 V^1,75 n^0,25) / ( 10^-3   ·  D )^1,25

   avec          r                  Densité du fluide                               kg/m³

                   n                  Viscosité dynamique

                   m =  n / r        Viscosité cinématique                       centistokes (mm²/s)

                    D                   Diamètre intérieur du tube                 mm

                    L                    Longueur de la tuyauterie                  m

                  D P                  Perte de charge                                 bar

                   V                    Vitesse du fluide dans la tuyauterie   m/s

 

TUYAUX		VITESSE FLUIDE 1m/s (aspiration)					VITESSE FLUIDE  3 m/s (drainage et circuit BP)
ID	SECTION	DEBIT	Perte de charge  bar/m				DEBIT	Perte de charge   bar/m
mm	cm2	l/mn	2 cst	32 cst	68 st	100 cst	l/mn	2 cst	32 cst	68 cst
8	0,5	3	0,04	0,14	0,29	0,43	9	0,29	0,87	0,7
12	1,1	6,8	0,03	0,06	0,13	0,19	20,4	0,17	0,39	0,35
15	1,8	10,6	0,02	0,04	0,08	0,12	31,8	0,13	0,25	0,26
20	3,1	18,8	0,013	0,02	0,05	0,07	56,5	0,09	0,14	0,18
26	5,3	32	0,01	0,013	0,03	0,04	96	0,07	0,08	0,13
32	8	48	0,007	0,009	0,02	0,03	145	0,05	0,05	0,1
43	14,5	87	0,005	-	0,01	0,015	261	0,04	0,03	0,07
50	19,6	118	néglig		0,007	0,011	353	0,03	0,02	0,06
63	31,2	187	néglig			0,007	561	0,02	0,04	0,04
75	44,2	265	néglig				795	0,012	0,04	0,04
100	78,5	471					1414	0,009	0,02	0,02
125	122,7	736					2209	0,007	0,02	0,02
150	176,7	1060					3181	0,005	0,015	0,015
200	314,2	1885					5655		0,01	0,01
250	490,9	2945

 

Distance entre la pompe de l'exhaure et la PAC environ  50 mètres.

Pour un débit de 21 m3/h  (350 l/mn),  une tuyauterie de 2,5’’ ou 62 mm de diamètre avec une vitesse fluide sensiblement inférieure à 1,5 m/s entre cette pompe et la PAC est adaptéee.  La perte de charge en ligne en régime turbulent est sensiblement indépendantre de la viscosité du fluide de ce fait l’abaque valable pour une huile de 45 centistokes peut être utilisée pour l’eau ayant une viscosité de l'eau de 1 centistoke avec une bonne approximation. Cette perte de charge très faible est de l’ordre de 0,01 bar/m soit environ 0,5 bar global. La puissance du ME entraînant la pompe sera surtout conditionnée par la hauteur de refoulement.

Avec par exemple une profondeur de forage de 30 m (3 bar), la puissance de la pompe immergée dans l’exhaure est inférieure à 4 kW. Puissance qui devra naturellement être majorée en fonction du rendement de cette pompe.

 DJU

Avant isolation

1. Consommation annuelle globale fuel 150 m3

2. Consommation journalière l’été hors chauffage 200 litres

3. Consommation affectée à l’ECS 100 litres/jours soit 365 x 0,1 = 36,5 m3
   (voir page  89 pour déperdition dans les tuyauteries)

4. Durée de la période de chauffe (Hiver + demi saison) : 232 jours

5. Hors période de chauffe et DJU (pas de consommation pour le chauffage) 365 – 232 = 133 jours

6. Consommation approximative perdue hors période de chauffe  133 x 0,1 = 13,3 m3

7. Consommation annuelle pour le chauffage avant isolation: 150 – 36,5 -13,3 = 100,2 m3 soit environ 10⁶ kWh 
   soit pour un DJU de 2432  correspondant à la région parisienne on obtient : 412 kWh/DJU

8. Puissance instantanée maximum  par -7°C extérieur avant isolation (25x412)/24 = 429 kW

9. Coefficient moyen de déperdition en watt par m3  et °C   10⁹ /(V x Dq moyen x 232 x24) =  10⁹ /( 16 000 x 13,5 x 232 x 24) =0,83 watt

    Avec un Dq moyen  pour 20°C dans les appartements égal à (27 +20) /2 = 13,5°C

         Voir BRGM 

T externe °C	NB de jours	Nb de jours cumulés	DJU	Dq (image P)	Consommation  kWh	Puissance chauffage kW
-7	1	1	25	25	10300	429*
-6	1	2	24	24	9888	412
-5	2	4	46	23	18952	395
-4	3	7	66	22	27192	378
-3	4	11	84	21	34608	361
-2	4	15	80	20	32960	343
-1	6	21	114	19	46968	326
0	6	27	108	18	44496	309
1	8	35	136	17	56032	292
2	8	43	128	16	52736	275
3	10	53	150	15	61800	258
4	11	64	154	14	63448	240
5	12	76	156	13	64272	223
6	14	90	168	12	69216	206
7	15	105	165	11	67980	189
8	17	122	170	10	70040	172
9	17	139	153	9	63036	155
10	19	158	152	8	62624	137
11	18	176	126	7	51912	120
12	16	192	96	6	39552	103
13	12	204	60	5	24720	86
14	9	213	36	4	14832	69
15	7	220	21	3	8652	52
16	5	225	10	2	4120	34
17	4	229	4	1	1648	17
18	4	233	0	0	0	0
		total	2432 DJU	total	1 001 984 kWh

*On retrouve bien la puissance de nos chaudières actuelles une seule chaudière suffisant à assurer le besoin du chauffage

  

       Après isolation

 

T externe °C	NB de jours	Nb de jours cumulés	DJU	Dq (image P)	Consommation kWh	Puissance chauffage kW
-7	1	1	25	25	4111	197
-6	1	2	24	24	3947	190
-5	2	4	46	23	7550	181
-4	3	7	66	22	10885	174
-3	4	11	84	21	13815	166
-2	4	15	80	20	13160	158
-1	6	21	114	19	18750	150
0	6	27	108	18	17760	142
1	8	35	136	17	22365	134
2	8	43	128	16	21050	126
3	10	53	150	15	24670	118
4	11	64	154	14	25330	111
5	12	76	156	13	25650	103
6	14	90	168	12	27630	95
7	15	105	165	11	27135	87
8	17	122	170	10	27960	79
9	17	139	153	9	25160	71
10	19	158	152	8	25000	63
11	18	176	126	7	20720	55
12	16	192	96	6	15790	47
13	12	204	60	5	9868	39
14	9	213	36	4	5920	32
15	7	220	21	3	3450	24
16	5	225	10	2	1645	16
17	4	229	4	1	650	8
18	4	233	0	0	0	0
		total	2432 DJU	total	400 000 kWh

 

L’économie d’énergie escomptée avec isolation des portes fenêtres par un double vitrage et un complément d’isolation en terrasse est de l’ordre de 65 kW par 0°C extérieur (correspondant en fait à une économie voisine de 21%)

En jaune production par le GAZ,  en blanc par la PAC

L'emplacement de la commutation entre les deux modes est fonction des choix qui sont retenus pour l'isolation de l'immeuble, du choix qui sera fait concernant les radiateurs en place (on les conserve en l'état ou on augmente leur surface de chauffe) et aussi des coûts comparés du gaz ou de l'électricité(en produisant notre énergie nous avons le privilège de pouvoir faire jouer la concurrence à ce niveau :Par exemple  si le kWh électrique est compétitif on commute vers le gaz plus tard en cas d'hiver très froid. 

On aura probablement intérêt à privilégier dans la mesure du possible les modes de marche utilisant la PAC en mi saison et l'été en raison des économies sur importantes sur le combustible (COP élevées).